金属设备的应力腐蚀及预防措施样本

金属/设备应力腐蚀及防止办法

一、应力腐蚀机理和特点

1．应力腐蚀----金属/设备在拉应力和腐蚀介质同步作用下产生脆性破裂，叫应力腐蚀破裂。

2．应力腐蚀破裂裂缝形态----重要有二种：

a.沿晶界发展，称晶间破裂。

b.裂缝穿过晶粒，称穿晶破裂。

也有混合型，主逢为晶间型，支缝或尖端为穿晶型。

3．应力腐蚀特性----

a.必要存在拉应力（外加载核、热应力、冷/热加工或焊接

后残存应力等），若存在压应力则可抑制这种腐蚀。

b.发生应力腐蚀开裂(SCC)必要同步满足材料、环境、应

力三者特定条件。也就是说普通只发生在一定体系，如

奥氏体不锈钢/CI-体系，碳钢/NO-3体系，铜合金/NH+4

体系等。依照介质重要成分为氯化物、氢氧化物、硝酸

盐、氨、含氧水及硫化物等，而分别称为氯裂（氯脆）、

碱裂（碱脆）、硝裂（硝脆）、氨裂（氨脆）、氧裂（氧脆），

尚有硫化物应力开裂等。

c. 应力腐蚀开裂与单纯由机械应力导致开裂不同，它在

极低负荷应力下也能产生开裂。

d. 应力腐蚀开裂与单纯由腐蚀引起开裂也不同，腐蚀性

极弱介质也能引起应力腐蚀开裂。其全面腐蚀经常很轻，

并且没有变形预兆，即发生突然断裂，应力腐蚀是工业

生产中危害性最大一种恶性腐蚀类型。

4．应力腐蚀机理----应力腐蚀机理很复杂，按照左景伊提出理论，破裂发生和发展可区别为三个阶段：

a.金属表面生成钝化膜或保护膜。

b. 钝化膜或保护膜局部破裂，产生孔蚀或裂缝源。

c.裂缝内发生加速腐蚀，在拉应力作用下，以垂直于应

力方向进一步金属内部。裂缝多半有分枝，裂缝端部尖

锐，端部扩张速度不久，断口具备脆性断裂特性。

二、应力腐蚀实验办法

依照应力加载办法不同，应力腐蚀实验办法重要可分为如下四类：

1．恒变形法----予以试样一定变形，对其在实验环境中开裂敏感性进行评估

2．恒载荷法(SSCC)----办法有拉伸实验、弯梁实验、C形环实验、双悬臂梁实验，惯用拉伸实验，即把单轴拉伸型

试样进行H2S水溶液应力腐蚀实验，实验介质为

0.5%HAc+5%NaCl+饱和H2S水溶液，实验在恒负荷拉

伸应力腐蚀实验机上进行。实验时按不同应力级别（取

材料屈服强度比例）分别对试样加载，通过一定期间后

发生应力腐蚀开裂，记录其断裂时间。最长实验周期为

720小时，把试样在720小时不发生断裂视为合格。通

过实验达到二个目：（1）检测材料在一定应力级别下与

否较好地抵抗应力腐蚀开裂；（2）可以测定材料“临界

拉伸应力σth”,对同样材料分别施加不同应力级别，试

样在720小时不发生断裂最高应力称为“临界拉伸应力

σth”，σth为表达材料对H2S应力腐蚀敏感度重要指

标，也叫门槛值。通过比较断裂时间长短，或运用应力

与断裂时间关系曲线，来提出应力腐蚀开裂临界应力σ

GB/T4157-《金属在硫化氢环境中抗特殊形式环th。详见

境开裂实验室实验》。

普通低合金钢、16MnR、调质钢、临界应力到0.8倍屈服强度材料可用此实验办法。

3．慢应变速率法（SSRT）----是在专门设计慢应变速率应力实验机上，使试样在腐蚀介质中以一定应变速度拉伸，直至断裂。分析试样破断状况和断口特性，以评估其应

力腐蚀开裂敏感性。此类实验最重要特性是在裂纹萌生

或扩展区域内，产生相称低应变速率，因此被称做慢应

变速率实验。

a.实验原理----（略）

b.成果评价

（1）在试样完全破坏时，与否发生应力腐蚀破裂，可通过低倍显微镜检查二次裂纹，或通过破断表面

显微镜观测，检查断裂模式变化加以拟定。

（2）应力腐蚀破断平均速率，可从完全破断试样断面上或未破断试样截面上，测得最长裂纹长度除以

破断时间来拟定。

（3）可用将暴露在实验环境中和暴露在惰性环境中相似试样进行比较办法来评估应力腐蚀破裂敏感

性，比值偏离越远，则开裂敏感性越高。

试样在实验环境中得到成果

比值=----——————————————

试样在惰性介质环境中得到成果

成果可用同一种初始应变速率下一种或各种参数

来表达。

(a)断裂时间

(b)延性（用断面收缩率或断后伸长率来评估）

(c)达到最大载荷

(d)原则应力—延伸曲线所包围面积

(e)断面中应力腐蚀破裂所占百分数

（4）慢应变速率实验也可以用来测定临界应力值，超过此值，在给定应变速率下会产生可检测到裂纹。

在某些体系中，临界值也许是应变速率函数。

有文章简介说这种实验办法长处是可以将实际用

材与实际工况直接相结合，迅速、精确地进行抗

应力腐蚀开裂性能评估，在石油、化工、海洋、

核电等领域内，这一实验研究技术得到大量应用。

详见GB/T15970.7-《金属和合金腐蚀-应力腐蚀

实验-第7某些：慢应变速率实验》。

调质钢、07MnMoVR采用这种办法，不合用H2S应

力腐蚀。

4．断裂力学法----使用楔形张开加载型试样进行研究，对预先制有裂纹试样给以各种K值，测定裂纹停止扩展临

界值K ISCC。

5．此外，尚有GB/T17898-1999《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀实验办法》、GB/T10126-1988《铁-铬-镍合金

在高温水中应力腐蚀实验办法》等实验原则。

三、应力腐蚀防止办法

在晶间腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀、氢腐蚀、腐蚀疲劳等局

部腐蚀形态中，对晶间腐蚀研究较为进一步，能采用工程

对策较为详细，在各种腐蚀实验原则办法中，重要都用于

科学实验，只有晶间腐蚀敏感性检查还用作为工程材料和

设备检查办法。在对晶间腐蚀进行有效控制和检查后，这

些年才把化工过程设备产生晶间腐蚀失效事故降到占各种

腐蚀失效事故总和10%如下，因此对压力容器晶间腐蚀进

行控制和检测，始终是必要办法。而应力腐蚀失效事故占

到腐蚀失效事故总和50%以上，这重要是由于相应力腐蚀

产生机理研究不够进一步透彻，相应力腐蚀失效工程控制